Stabilizing *CO2 Intermediates at the Acidic Interface using Molecularly Dispersed Cobalt Phthalocyanine as Catalysts for CO2 Reduction

催化作用 法拉第效率 化学 无机化学 碱金属 酞菁 多金属氧酸盐 化学工程 电化学 电极 有机化学 物理化学 工程类
作者
Shijia Feng,Xiaojun Wang,Dongfang Cheng,Yao Luo,Mengxin Shen,Jingyang Wang,Wei Zhao,Susu Fang,Hongzhi Zheng,Liyao Ji,Xing Zhang,Weigao Xu,Yongye Liang,Philippe Sautet,Jia Zhu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (8) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202317942
摘要

Abstract CO 2 electroreduction (CO 2 R) operating in acidic media circumvents the problems of carbonate formation and CO 2 crossover in neutral/alkaline electrolyzers. Alkali cations have been universally recognized as indispensable components for acidic CO 2 R, while they cause the inevitable issue of salt precipitation. It is therefore desirable to realize alkali‐cation‐free CO 2 R in pure acid. However, without alkali cations, stabilizing *CO 2 intermediates by catalyst itself at the acidic interface poses as a challenge. Herein, we first demonstrate that a carbon nanotube‐supported molecularly dispersed cobalt phthalocyanine (CoPc@CNT) catalyst provides the Co single‐atom active site with energetically localized d states to strengthen the adsorbate‐surface interactions, which stabilizes *CO 2 intermediates at the acidic interface (pH=1). As a result, we realize CO 2 conversion to CO in pure acid with a faradaic efficiency of 60 % at pH=2 in flow cell. Furthermore, CO 2 is successfully converted in cation exchanged membrane‐based electrode assembly with a faradaic efficiency of 73 %. For CoPc@CNT, acidic conditions also promote the intrinsic activity of CO 2 R compared to alkaline conditions, since the potential‐limiting step, *CO 2 to *COOH, is pH‐dependent. This work provides a new understanding for the stabilization of reaction intermediates and facilitates the designs of catalysts and devices for acidic CO 2 R.
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